JP5352541B2 - Boss structure of work machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作業機械のボス構造に関し、特に油圧ショベルのブームやアームにおけるボス部の構造に関する。 The present invention relates to a boss structure of a work machine, and more particularly to a structure of a boss portion in a boom or an arm of a hydraulic excavator.
従来の作業機械のボス構造としては特許文献1に記載のものなどがある。この特許文献1に記載のものは、ボスを側板(ブームを構成する板材)に対して目違い溶接をすることにより生じる曲げ応力を利用して接合部の応力を緩和しようとするものである。
As a boss structure of a conventional work machine, there is one described in
上記従来技術では目違いによる曲げ応力のため、ブームの裏側の応力が緩和される。
しかし、解析によると、目違いを有するブーム裏側の応力分布は、段差部(目違い部)の部分では応力が急峻に変化しており、従来の構造では、溶接部が十分に応力の低い場所に設定されているわけではなく、敏感に応力が変わりやすい位置にあることがわかった。
また、特許文献1のものでは、ブームの表側の応力については考慮されていないが、前記段差部の表側の応力は高くなるため、溶接部の表側から亀裂が発生する危険もあった。
In the above prior art, the stress on the back side of the boom is relieved because of the bending stress due to the mistake.
However, according to the analysis, the stress distribution on the back side of the boom, which has a mistake, shows that the stress changes sharply at the stepped part (missing part). In the conventional structure, the welded part has a sufficiently low stress. However, it was found that the stress is in a position where it can change sensitively.
Moreover, in the thing of
本発明の目的は、板材により矩形断面を有するように構成されると共に前記板材にはボス部が溶接部により接合されている作業装置を備えた作業機械のボス構造において、前記作業装置における前記板材と前記ボス部との接合部強度を向上することにある。 An object of the present invention is to provide a working machine boss structure including a working device configured to have a rectangular cross section by a plate material and having a boss portion joined to the plate material by a welded portion, and the plate material in the working device. And improving the joint strength between the boss and the boss.
上記目的を達成するため、本発明は、板材により矩形断面を有するように構成されると共に、前記板材にはボス部が溶接部により接合されている作業装置を備えた作業機械のボス構造において、前記ボス部は前記板材につば部を介して溶接されるものであって、前記つば部には表側が凹で、裏側が凸になるように段差部が形成され、この段差部よりも前記板材側に離れた位置に前記溶接部が設けられ、且つ前記溶接部の裏側には、溶接金属の溶け落ちを防止するための裏当材が設けられ、前記ボス部と裏当材、及び前記板材と裏当材のそれぞれの間には不溶着部が形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is configured to have a rectangular cross section by a plate material, and in the boss structure of a working machine provided with a work device in which a boss portion is joined to the plate material by a welded portion, The boss portion is welded to the plate member via a flange portion, and a step portion is formed on the flange portion so that the front side is concave and the back side is convex. The welded portion is provided at a position separated from the side, and a backing material for preventing the weld metal from being burned out is provided on the back side of the welded portion, and the boss portion, the backing material, and the plate material And an insulative part is formed between each of the backing material and the backing material.
また、本発明は、前記板材の板厚をtとしたとき、前記段差部の裏側の板材側端部から1t〜2t離れた位置に、前記溶接部の不溶着部先端が位置するように前記溶接部が設けられるようにすると良い。 Further, in the present invention, when the thickness of the plate material is t, the front end of the welded portion of the welded portion is located at a position 1t to 2t away from the plate material side end on the back side of the stepped portion. A welded portion may be provided.
上記において、溶接される前記つば部の先端側板厚を、接合される前記板材の板厚と略同じにし、且つ前記段差部の板厚(段差部の表側と裏側の間の板厚)を前記溶接部における板厚よりも小さくすると良い。 In the above, the thickness at the front end side of the collar portion to be welded is substantially the same as the thickness of the plate material to be joined, and the thickness of the stepped portion (the thickness between the front side and the back side of the stepped portion) is It is good to make it smaller than the plate | board thickness in a welding part.
また、前記段差部の表側段差変曲開始部よりも裏側段差変曲開始部の方を、前記溶接部に近くなるように形成すると良い。
更に、前記ボス部の段差部を予め機械加工やグラインダーなどにより滑らかに成形する応力緩和処理を施した状態で前記板材に溶接することが好ましい。
Moreover, it is preferable to form the back side step inflection start portion closer to the welded portion than the front side step inflection start portion of the step portion.
Furthermore, it is preferable that the step portion of the boss portion is welded to the plate material in a state in which a stress relaxation treatment is performed in which the step portion is smoothly formed by machining or a grinder in advance.
本発明によれば、矩形断面を有するように構成された板材とボス部との接合部における引張り応力を緩和できるから、該接合部の強度を向上することができ、接合部に亀裂が発生することを防止可能な作業機械のボス構造を得ることができる。 According to the present invention, since the tensile stress at the joint portion between the plate member and the boss portion configured to have a rectangular cross section can be relieved, the strength of the joint portion can be improved, and a crack is generated at the joint portion. A boss structure of a work machine that can prevent this can be obtained.
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。本実施例は、作業機械としての油圧ショベルのボス構造に本発明を適用した場合のものである。
まず、作業機械(油圧ショベル)の全体構成を図1により説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, the present invention is applied to a boss structure of a hydraulic excavator as a work machine.
First, the overall configuration of the work machine (hydraulic excavator) will be described with reference to FIG.
図1において、1は油圧ショベルの下部走行体で、この下部走行体1の上部には旋回軸受を介して上部旋回体2が旋回自在に取り付けられており、この上部旋回体2の前部には作業装置20が俯仰動(回動)可能に取り付けられている。この作業装置20は、上部旋回体2の旋回フレームにピン結合されたブーム3と、該ブーム3の先端側にピン結合されたアーム4と、該アーム4の先端側にピン結合されたバケット5等とから構成されている。前記ブーム3、アーム4及びバケット5は、それぞれブームシリンダ6、アームシリンダ7及びバケットシリンダ8によって回動される。前記ピンはそれぞれの構造物のブラケットとボスにより保持されている。
In FIG. 1,
前記作業装置(作業腕)を構成する構造物の大部分は板材により矩形断面(箱形)に形成されており、この板材に前記ボスが溶接により接合されている。この具体例を図2に示す。図2はブームセンターボス(ボス部)10付近を前後方向から見た断面図である。図2に示すように、つば部10aが形成された左右のボス10はパイプ12により結合されており、左右のボス10の前記つば部10aがブーム3の構造物の板材9に溶接により接合されている。この接合部では作用する荷重(力)が滑らかに伝わるように、前記板材9の厚さtとボス10のつばの厚さはほぼ同一になっている。
Most of the structure constituting the working device (working arm) is formed in a rectangular cross section (box shape) by a plate material, and the boss is joined to the plate material by welding. A specific example is shown in FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view of the vicinity of the boom center boss (boss portion) 10 as seen from the front-rear direction. As shown in FIG. 2, the left and
作業装置20の構造物は矩形断面であるため、ボス10と板材9の溶接部には内面に裏当材11を設けて溶接金属の溶け落ちを防止した上で、前記構造物の外側から溶接が行われる。しかし、溶接後は裏当材11が残っているため、図3に示すように、溶接部の内面側には不溶着部13が生じる。不溶着部13の先端(溶接ビード側)は応力集中して応力が大きくなり、亀裂発生の起点となり易かった。しかし、前記不溶着部は箱形の構造物の内面であるため、溶接後に後処理することは困難であった。
Since the structure of the
このため、板材9の板厚を厚くして応力を緩和するようにし、亀裂の発生を防止していたが、板厚を厚くするため重量が増加する課題があった。また、前述した特許文献1のように、板材とボスとの接合部に目違い部を設け、この目違いにより生じる曲げ応力により接合部の応力を緩和することも考えられている。
For this reason, the plate thickness of the
しかし、目違いによる応力を解析したところ、図4に示すように、目違い部を有する構造物に引張り荷重を作用させた場合、底面(構造物の内側)の圧縮応力は、目違いによるる段差部15の部分よりも、該段差部15から離れた位置(図4のX方向)の方が大きく、且つ段差部15の部分では圧縮応力が急峻に低下していることがわかった。なお、図4のグラフにおいて、横軸は段差部15からの距離Xを示し、+側はX方向への距離、−側は反X方向への距離で、板材の厚さtとの比でその距離の大きさを表している。また、縦軸は圧縮応力の大きさを示し、0は圧縮応力が無い状態で下方に行くほど圧縮応力が大きくなっていることを示している。
However, when the stress due to the misunderstanding is analyzed, as shown in FIG. 4, when a tensile load is applied to the structure having the misaligned portion, the compressive stress on the bottom surface (inside the structure) depends on the misunderstanding. It was found that the position away from the step portion 15 (X direction in FIG. 4) was larger than the
このため特許文献1に示すような従来構造のものでは、図5に示すように、不溶着部13の先端13aは応力が最も緩和される場所(圧縮応力が大きい部分で、引張り荷重が作用した場合でも引張り応力を緩和できる場所)にあるわけではなく、圧縮応力が敏感に低下し易い位置にあることがわかった。なお、図5のグラフにおいて、横軸は不溶着部先端13aのうちの板材9側の不溶着部先端を基準としてそこからのX方向の距離を示し、板材9の厚さtとの比でその距離の大きさを表している。また、縦軸は圧縮応力の大きさを示し、0は圧縮応力が無い状態で下方に行くほど圧縮応力が大きくなっていることを示している。
For this reason, in the conventional structure as shown in
また、特許文献1のものでは、構造物の表側の応力については考慮されていないが、構造上、前記段差部15の表側凹部15aの引張り応力は高くなるため、溶接ビード14の止端部14aが前記段差部15の表側凹部15a(図4参照)に位置すると、この表側凹部の表面からき裂が発生する虞がある。
上記の課題を解決するための本発明の具体的実施例を以下説明する。
Moreover, in the thing of
Specific examples of the present invention for solving the above problems will be described below.
本実施例は、図6に示すように、ボス部(ブームセンターボス)10と板材9との溶接部の構成を以下のようにする。
(1)ボス部10のつば部10aに、構造物の表側が凹、裏側が凸になるように段差部15を設ける。
(2)段差部15の表側段差変曲開始部15bより裏側段差変曲開始部15cの方を溶接部(溶接ビード)14に近くなるように形成する。
(3)つば部10aの先端側板厚を、接合する板材9の板厚tと略同じにし、前記段差部15ではその板厚を前記溶接部の板厚よりも小さくする。
(4)前記ボス部10の段差部15は予め機械加工やグラインダーなどにより滑らかに成形する応力緩和処理を施した状態で前記板材9に溶接されるようにする。
In this embodiment, as shown in FIG. 6, the configuration of the welded portion between the boss portion (boom center boss) 10 and the
(1) The
(2) The back side step
(3) The plate thickness t of the
(4) The
本実施例では、上記構成とすることにより、段差部15に引張り荷重が作用すると溶接部は表側に曲がるように変形する。これにより裏側の不溶着部13の部分には大きな圧縮応力が発生するから、不溶着部13には引張り応力が発生しにくくなり、強度を向上できる。これを図7により説明する。
In the present embodiment, with the above-described configuration, when a tensile load is applied to the
図7は図6に示す本実施例の段差部15の裏側における不溶着部付近の応力分布を説明する図で、図7のグラフにおいて、横軸は不溶着部先端13aのうちの板材9側の不溶着部先端を基準としてそこからの距離を示し、+側は板材9側の距離、−側はボス部10側の距離で、板材9の厚さtとの比でその距離の大きさを表している。また、縦軸は圧縮応力の大きさを示し、0は圧縮応力が無い状態で下方に行くほど圧縮応力が大きくなっていることを示している。この図に示すように、溶接ビード14裏面の左右の不溶着部13aには大きな圧縮応力が発生しており、この結果強度上問題となる引張り応力が発生し難くなるから、不溶着部13の強度を向上することができる。即ち、引張り応力が大きくなると亀裂の発生を起こし易いが、圧縮応力が大きいと、油圧ショベルの作業中に種々の荷重が作用しても、前記圧縮応力の大きい部分には引張り応力が発生し難くなり、その結果亀裂の発生を防止することができる。
FIG. 7 is a diagram for explaining the stress distribution near the non-welded portion on the back side of the
また、本実施例では、段差部15の板厚を溶接部の板厚よりも小さくしているから、段差部15が最も高い応力集中部となり、段差部15の変形が大きくなるため、溶接部に発生する応力は緩和される。従って、溶接部14の止端部14aからの亀裂発生も防止できる。
Further, in the present embodiment, since the plate thickness of the
更に、ボス部10の段差部15は応力が大きくなるが、ボス部10は部品の段階で機械加工やグラインダーなどで予め応力緩和処理を施しておくことにより、前記段差部15の応力も緩和することができる。
これにより溶接部を含め段差部全体での亀裂の発生を防止することができる。
Further, although the
Thereby, generation | occurrence | production of the crack in the whole level | step-difference part including a welding part can be prevented.
図8は上述した本実施例を油圧ショベルのブームセンターボス10(図1参照)に適用した場合を示し、ブームセンターボス10の付近を前後方向から見た断面図である。
図に示すように、つば部10aが形成された左右のブームセンターボス(ボス部)10はパイプ12により結合されており、左右のブームセンターボス10の前記つば部10aがブーム3の構造物の板材9に溶接により接合されている。この接合部では作用する荷重が滑らかに伝わるように、前記板材9の厚さtと、ブームセンターボス10のつば部10aの厚さをほぼ同一にしている。ブームセンターボス10と板材9の溶接部には内面(裏面)に裏当材11を設けて溶接金属の溶け落ち(吹き抜け)を防止した上で前記構造物の外側から溶接が行なわれる。裏当材11は溶接金属が溶け込むため、剥がれることなく裏面に張り付いている。このため、ブームセンターボス10と裏当材11、及び板材9と裏当材11のそれぞれの間には図6に示すような不溶着部13が形成されている。ブームセンターボス10のつば部10aは表側が凹、裏側が凸になるように段差部15が形成されている。
FIG. 8 shows a case where the above-described embodiment is applied to the boom center boss 10 (see FIG. 1) of the hydraulic excavator, and is a cross-sectional view of the vicinity of the
As shown in the drawing, the left and right boom center bosses (boss portions) 10 formed with the
ブームセンターボス10の穴の部分にはピン(図示せず)が挿入され、ブームシリンダ6(図1参照)に結合される。ブームシリンダ6からの力はピンを介してブームセンターボス10に伝わり、ブームセンターボス10から板材9に伝わる。
A pin (not shown) is inserted into the hole portion of the
ブームセンターボス10から板材9に力が伝わるときに前記段差部15があるため曲げモーメントが発生し、疲労強度に影響する引張荷重が作用した場合、前記段差部15付近(溶接部含む)は表側(外側)に湾曲するように変形する。
このため前記段差部15では表側の応力が高く、裏側(内側)の応力は低くなり、図7に示したように、裏面の不溶着部先端13aの応力が低くなる。このため応力の低い内面側からは亀裂が発生し難くなる。
When the force is transmitted from the
Therefore, the
また、ブームセンターボス10のつば部10a先端と板材9の板厚を同じにしているため、注意して溶接すれば表側の表面が滑らかな溶接ビード(溶接部)14を得ることは可能であり、溶接部表面にも大きな応力が発生するのを防止できる。更に、溶接部14は前記段差部15から離れた位置にあり、且つ段差部15の板厚はつば先端部の板厚よりも小さくしているため、段差部15は最も応力集中が高くなる。このため、段差部15の変形が大きくなるから溶接部14の応力は緩和され、溶接部14に亀裂が発生するのを抑制できる。
Further, since the end of the
前記ボス10の段差部15の応力は高くなるが、溶接部14から離れた位置にあるため、溶接部の影響は受けない。このため、ブームセンターボス10を溶接する前の単体部品の段階で、段差部15を機械加工やグラインダーにより滑らかに成形しておくことにより、溶接後には機械加工やグラインダー処理をすることなく、応力集中を緩和できるから、段差部15における亀裂の発生も防止することができる。
従って、本実施例によれば、ボス部10と板材9の接合部における裏側(内側)及び表側(外側)共に亀裂の発生を防止でき、接合部の強度を向上できる。
Although the stress of the
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to prevent the occurrence of cracks on the back side (inner side) and front side (outer side) of the joint portion between the
図9は上述した本実施例を油圧ショベルのブームフートボスに適用した例を示し、ブームフートボスの付近を前後方向から見た断面図である。
つば部17aが形成された左右のブームフートボス(ボス部)17はパイプ12により結合されており、左右のブームフートボス17の前記つば部17aがブーム3を構成する板材9に溶接により接合されている。この接合部では作用する荷重が滑らかに伝わるように、前記板材9の厚さtと、ブームフートボス17のつばの厚さをほぼ同一にしている。
FIG. 9 shows an example in which the above-described embodiment is applied to a boom foot boss of a hydraulic excavator, and is a cross-sectional view of the vicinity of the boom foot boss as seen from the front-rear direction.
The left and right boom foot bosses (boss portions) 17 formed with the
ブームフートボス17と板材9とは、裏面に吹き抜け防止のための裏当材11を当てて溶接されている。この裏当材11は溶接金属が溶け込むため剥がれることなく裏面に張り付いている。このためブームフートボス17と裏当材11、及び板材9と裏当材11のそれぞれの間には図6に示すのと同様の不溶着部13が形成されている。
The
ブームフートボス17のつば部17aは表側が凹、裏側が凸になるように段差部15が形成されている。
ブームフートボス17の穴の部分にはピン(図示せず)が挿入され、上部旋回体の旋回体フレームに設けたブラケット(図示せず)に結合されることで、ブーム3(図1参照)は上部旋回体2に俯仰自在に取り付けられる。上部旋回体2からの力は前記ピンを介してブームフートボス17に伝わり、ブームフートボス17からブーム3を構成する板材9に伝わる。
A stepped
A pin (not shown) is inserted into the hole portion of the
ブームフートボス17から板材9に力が伝わるとき、前記段差部15があるため曲げモーメントが発生し、疲労強度に影響する引張荷重が作用した場合、図8に示した例と同様に、前記段差部15付近(溶接部含む)は表側(外側)に湾曲するように変形する。
このため前記段差部15では表側の応力が高く、裏側(内側)の応力は低くなり、図7に示したように、裏面の不溶着部先端13aの応力が低くなる。このため応力の低い内面側からは亀裂が発生し難くなる。
When a force is transmitted from the
Therefore, the
また、ブームフートボス17のつば部17a先端と板材9の板厚tを同じにしているため、表側の表面が滑らかな溶接ビード14を得ることは可能であり、溶接部表面にも大きな応力が発生するのを防止できる。更に、溶接部は前記段差部15から離れた位置にあることと、前記段差部15の板厚はつば先端部の板厚よりも小さくしていることから、段差部15は最も応力集中が高くなり、段差部15の変形が大きくなるから、溶接部の応力が緩和されて、溶接部に亀裂が発生するのを抑制できる。
Further, since the tip end of the
前記段差部15の応力は高くなるものの、溶接部14から離れた位置にあるため、溶接部の影響は受けない。このため、ブームフートボス17を、溶接する前の単体部品の段階で段差部を滑らかに成形しておくことにより応力集中を緩和できるから、段差部15における亀裂の発生も防止することができる。
従って、この例でも、ブームフートボスと板材の接合部における裏側及び表側共に亀裂の発生を防止でき、接合部の強度を向上できる。
Although the stress of the stepped
Therefore, also in this example, the occurrence of cracks can be prevented on the back side and the front side at the joint portion between the boom foot boss and the plate material, and the strength of the joint portion can be improved.
以上説明したように、本実施例によれば、段差部では表側の応力が高く、裏側(内側)の応力は低くなり、裏側の不溶着部先端の応力が低くなる。このため接合部内面側(裏側)からの亀裂の発生を防止できる。また、本実施例によれば、板材の板厚を大きくすることなく接合部内面側からの亀裂発生を防止できる。 As described above, according to the present embodiment, the stress on the front side is high, the stress on the back side (inside) is low, and the stress on the front end of the welded portion on the back side is low. For this reason, generation | occurrence | production of the crack from a junction part inner surface side (back side) can be prevented. Moreover, according to the present Example, generation | occurrence | production of the crack from a junction part inner surface side can be prevented, without enlarging the board thickness of a board | plate material.
なお、上述した実施例では、ブームセンターボス及びブームフートボスに本発明を適用した例について説明したが、本発明はこれらの箇所には限られず、ブーム先端のボス部やアーム先端のボス部にも同様に適用できる。
また、本実施例では、代表的な作業機械である油圧ショベルに適用した場合について説明したが、ブームなどをピンによって取り付ける構造を有する、クレーン等その他各種の作業機械に適用することも同様に可能である。
In the above-described embodiments, examples in which the present invention is applied to the boom center boss and the boom foot boss have been described. However, the present invention is not limited to these portions, and the boss portion at the tip of the boom or the boss portion at the tip of the arm is used. Can be applied similarly.
In this embodiment, the case where the present invention is applied to a hydraulic excavator, which is a typical work machine, has been described. However, the present invention can also be applied to various other work machines such as a crane having a structure in which a boom is attached with a pin. It is.
1…下部走行体
2…上部旋回体
3…ブーム
4…アーム
5…バケット
6…ブームシリンダ
7…アームシリンダ
8…バケットシリンダ
9…板材
10…ブームセンターボス(ボス部)(10a…ブームセンターボスのつば部)
11…裏当材
12…パイプ
13…不溶着部(13a…不溶着部先端)
14…溶接部(溶接ビード)(14a…溶接ビード止端部)
15…段差部(15a…表側凹部、15b…表側段差変曲開始部、15c…裏側段差変曲開始部)
17…ブームフートボス(ボス部)(17a…ブームフートボスのつば部)
20…作業装置。
DESCRIPTION OF
11 ... backing
14 ... weld (weld bead) (14a ... weld bead toe)
15 ... Step part (15a ... Front side recess, 15b ... Front side step inflection start part, 15c ... Back side step inflection start part)
17 ... Boom foot boss (boss part) (17a ... Boom foot boss collar part)
20 ... Working device.
Claims (5)
前記ボス部は前記板材につば部を介して溶接されるものであって、
前記つば部には表側が凹で、裏側が凸になるように段差部が形成され、この段差部よりも前記板材側に離れた位置に前記溶接部が設けられ、且つ前記溶接部の裏側には、溶接金属の溶け落ちを防止するための裏当材が設けられ、前記ボス部と裏当材、及び前記板材と裏当材のそれぞれの間には不溶着部が形成されている
ことを特徴とする作業機械のボス構造。 In the boss structure of a working machine provided with a working device in which a boss portion is joined to the plate material by a welded portion, the plate material is configured to have a rectangular cross section
The boss part is welded to the plate member via a collar part,
A step portion is formed on the collar portion so that the front side is concave and the back side is convex, and the weld portion is provided at a position farther to the plate material side than the step portion, and on the back side of the weld portion. Is provided with a backing material for preventing the weld metal from being burned out, and an unwelded portion is formed between each of the boss portion and the backing material, and between the plate material and the backing material. The boss structure of the working machine is a feature.
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